用於相對於液態介質密封殼體與構件之間腔室的密封裝置的製作方法

2023-07-11 23:37:51

當前的實施例涉及密封裝置的領域，尤其涉及這種用於相對於液態介質密封殼體與構件之間腔室的密封裝置。

背景技術：

在許多技術領域中使用密封系統來保護構件或組件例如免受汙染或腐蝕。因此，多種密封系統可應用在水下發電站的領域中。密封件(Dichtungen)在此在許多情形中被用於能夠旋轉的或能夠偏轉的部件，以保護處於其中的組件。但是，通過液態介質而存在的壓力能夠將大的力施加至密封件上以及施加到與這些密封件貼靠的滑動面上，因此在短時內在這些組件處產生相互磨損，並且從而會損壞密封效果。在此，更換組件在某些情況下可能是繁瑣的或成本較高的，或者也許不是隨時能實施的。在水下用途中也可能存在密封系統經受高的壓力的情況，並因此會加速地發生磨損。

因此所希望的是，建立一種改善用於密封液態介質的密封裝置的可靠性的方案。

按照獨立權利要求所述的密封裝置滿足了這些要求。

按照第一方面，所述實施例涉及用於使殼體和構件之間的腔室對液態介質密封的密封裝置。該密封裝置包括可與殼體固定連接的帶有至少沿徑向可移動的密封唇的密封元件(Dichtungselement)。該密封唇與徑向成角度地布置。密封裝置還包括與密封唇貼靠的支承元件。在此，液態介質施加至密封唇上的壓力能夠沿徑向傳遞至支承元件上。由此能夠削弱由介質壓力導致的密封唇在該構件的配合工作面上的壓緊力，並且因而可減少密封唇的摩擦亦或阻止密封唇沿軸向可能發生的壓通(Durchdrücken)。這也能夠減少在配合工作面處的磨損。因此可很少進行維修過程，並降低了成本。

在一些實施例中，支承元件相比密封元件具有較高的剛性。這可增強反向於壓緊力地集中在密封唇上的輔助反作用力，並且在此使密封效果得以保持。

在一些實施例中，支承元件與殼體一體式地設計。由此在某些情況下能夠簡化製造工藝。

在一些實施例中，支承元件徑向朝著密封元件的對稱軸線方向延伸的程度少於密封唇。由此能夠實現密封唇在配合工作面上更加可靠的連接和因而改善的密封效果。

在一些實施例中，所述密封裝置還包括在支承元件的背離密封元件的那側上的另一個密封裝置。在此，所述另外的密封裝置和密封元件限定了容積的邊界。所述容積能夠藉助用於排出處於所述容積中的介質的孔來夠及(或者說接觸)。由此，密封裝置能夠形成用於可能的洩漏的收集室，從而在侵入穿過所述密封元件的洩漏到達待密封的腔室並且能夠在該處損壞其它組件之前，能夠確定或排除該洩漏。

在一些實施例中，所述孔延伸穿過支承元件和/或殼體。由此能夠連接設在徑向外部的和因而更易夠及的洩漏儲槽，通過該洩漏儲槽能夠將洩漏液體再次提供給所述介質。

在一些實施例中，所述另外的密封裝置包括帶有第一密封本體的第一密封件以及帶有第二密封本體的第二密封件。在此，第一密封本體的軸向尺寸和第二密封本體的軸向尺寸彼此不同和/或不同於密封元件的本體結構的軸向尺寸。這可允許操作者將第一密封件、第二密封件或密封元件在其位置中這樣彼此交換，使得其密封唇在交換之後貼靠在配合工作面的相應位置處，該位置不同於在交換之前的位置。由此可使配合工作面處的磨損進行位置轉移，並因此可能延遲維修過程。

在一些實施例中，所述另外的密封裝置包括第一密封件和第二密封件。第一密封件具有第一密封唇，並且第二密封件具有第二密封唇。在此，第一和第二密封唇沿軸向彼此指向相反方向。由此能夠提供對介質以及還有對可能處於待密封的腔室中的潤滑劑的密封效果。從而必要時能夠避免潤滑劑的不期望的溢出。

在一些實施方式中，殼體具有徑向延伸的支承面，該支承面帶有用於與所述另外的密封裝置形成摩擦配合式連接的後切口部(Hinterschneidung)。由此能夠實現改善的對密封件的固持，並且可避免由不期望的滑動造成的功能故障。

一些實施例涉及渦輪機輪轂。渦輪機輪轂包括用於使渦輪機葉片能夠相對於渦輪機輪轂偏轉地支承的軸。渦輪機輪轂還包括先前提到的密封裝置。在此，密封裝置的密封元件在所述軸處藉助密封唇來密封。這能夠例如允許所述密封裝置應用在水下發電站的領域中。

附圖說明

其它有利的擴展設計在下文藉助附圖中所示實施例來具體描述，但是並不限於這些實施例。具體示出了：

圖1是按照一個實施例的密封裝置的橫截面；

圖2是按照一個實施例、處於裝入狀態的密封裝置的橫截面；以及

圖3是按照另一個實施例、處於裝入狀態的密封裝置的橫截面。

具體實施方式

在附圖的下文描述中，相同的附圖標記描述相同的或者相似的組件。此外對在實施例或者在附圖中多次出現的、但是鑑於一個或多個特徵而被共同描述的組件和對象，使用了概括性的附圖標記。用相同或者概括性的附圖標記所描述的組分或者對象能夠關於單個、幾個或者所有特徵(例如其尺寸)相同地但是也可能不同地設計，只要不從說明書中明確或者隱含地得出另外的說明。

圖1示出了用於使殼體104和構件106之間的腔室102對液態介質108密封的密封裝置100-1的實施例。密封裝置100-1包括能夠與殼體104固定連接的帶有至少沿徑向能夠移動的密封唇112的密封元件110。密封唇112與徑向成角度地布置。密封裝置100-1還包括與密封唇112貼靠的支承元件114。在此，從液態介質108施加至密封唇112的壓力能夠沿徑向傳遞至支承元件114上。

在此，該徑向垂直於從介質108指向腔室102的軸向。密封元件110或支承元件114在此能夠關於軸向旋轉對稱，或者換而言之環形地構造。在另一個實施例中，密封件能夠線性地沿著垂直於軸向布置的腔室方向延伸。由此，術語「軸向」例如也可涉及三維的笛卡爾坐標系的x軸線，並且術語「徑向」可涉及y軸線或z軸線。

密封裝置100-1可設計成能夠提供更高的抗壓性(例如從10bar起)，並且在此藉助易彎的或彈性的密封唇112來修正或避免可能的傾斜位置。也可能的是，密封裝置100-1在構件的旋轉式布置結構和最大10bar的壓力的情況下使用，例如水力發電站、礦山設備或隨道鑽機。支承元件114能夠促使密封元件110保持在其位置處，並且藉助密封唇112促使靜態密封被改善，該密封唇112可跟隨配合工作面在構件106處的可能移動而移動。在此，在某些情況下可避免使用集成在密封唇112中的環形彈簧，該環形彈簧可通過適配槽也或者配合工作面(例如軸)的損壞而引起密封唇112的弱化。通過所述密封唇112相對於徑向所形成的角度，能夠實現，介質的壓力將密封唇112壓在構件106上。這可與集成的環形彈簧的作用相類似。所述角度在這裡所示的實施例中為約40°至50°，但是也能夠有上、下偏差。

密封元件110可包括彈性體。同樣，密封元件110可包括聚氨酯(例如S-Ecopur)。任選地，這可具有被材料結構所包括的固體潤滑劑。由此可減少密封元件110在運行或磨損期間的摩擦，並且能夠取消由例如油脂或油帶來的另外的潤滑。在與例如橡膠材料相比升高的剛性的情況下，這樣的自潤滑功能或保留的柔性在此可有利於在水下的可應用性。

在一些實施例中，支承元件114可具有比密封元件110更高的剛性。例如，支承元件114可具有金屬材料。由此可限制空間的間隙，並且可避免可能的擠壓或變形。在可能的更換密封元件110之後，支承元件114可再次使用。

在一些實施例中，支承元件114徑向朝著密封元件110的對稱軸線方向延伸的程度少於密封唇。所述對稱軸線在一個實施例中涉及設計成環形的密封元件100。在另一個實施例中，支承元件114徑向朝著密封唇110的配合工作面方向延伸的程度少於密封唇110。由此能夠實現密封唇110在配合工作面上更加可靠的連接以及進而實現更好的密封效果。

圖2示出了密封裝置100-2的另一個實施例。在此不再次描述與在圖1中所述組件一致的組件。而是僅論及不同處。密封裝置100-2還包括在支承元件114的背離密封元件110的那側上的另外的密封裝置116。在此，所述另外的密封裝置116和密封元件110限定容積118的邊界。所述容積118可藉助用於排出處於所述容積118中的介質的孔120而夠及。因此，用容積118可構成在例如洩漏水到達腔室102之前可將洩漏水捕集在其中的間隙。侵入的介質可藉助孔120從容積118中排出，或藉助溼度傳感器或壓力傳感器檢測。由此可在介質侵入到腔室102中之前必要時進行維修或排除洩漏。例如，孔120可通入到洩漏儲槽中，洩漏液體經過該洩漏儲槽可再次提供給介質。孔120在圖2中延伸穿過構件106，但是可在另一個實施例中(該實施例在下文還要加以闡釋)也延伸穿過支承元件114和/或殼體104。

在一些實施例中，所述另外的密封裝置116包括帶有第一密封本體124的第一密封件122以及帶有第二密封本體128的第二密封件126。在此，第一密封本體124的軸向尺寸和第二密封本體128的軸向尺寸彼此不同和/或不同於密封元件110的本體結構130的軸向尺寸。在圖2中，例如第一密封本體124的軸向尺寸大於第二密封本體128的軸向尺寸，並且第二密封本體128的軸向尺寸等於密封元件110的本體結構130的軸向尺寸。這可允許操作者將第一密封件122、第二密封件126或密封元件110在其位置中這樣彼此交換，使得第一密封件122的第一密封唇132和第二密封件126的第二密封唇134在交換之後貼靠在配合工作面的相應位置處，該位置不同於交換之前的位置。換言之，交換之後的位置可以直到交換時刻都既不與第一密封唇132形成接觸也不與第二密封唇134形成接觸，並且交換之前的位置從交換時刻起就既不與第一密封唇132也不與第二密封唇134形成接觸。由此可使在配合工作面處的磨損進行位置轉移，並且由此可能延遲維修過程。例如，在從介質108為出發點的軸向上依次布置密封元件110、第二密封件122和第一密封件126。在交換之後，在介質108處開始的新次序可例如是第一密封件122、密封元件110和第二密封件126。在帶有多於兩個的密封件或密封元件110的另一個實施例中，兩個密封件的相互交換可導致所述裝置的多於兩個或甚至所有的密封唇的位置改變。

在另一個實施例中可以只是第一密封唇132距第一密封件122的徑向延伸的端面的間隔不同於第二密封唇134距第二密封件126的徑向延伸的端面的間隔。由此，第一密封件122與第二密封件126的交換可造成第一密封唇132和第二密封唇134的位置改變，但是另一個密封唇的位置可能被保留。

第一密封件122還具有第一密封唇132，並且第二密封件126具有第二密封唇134。在此，第一密封唇132和第二密封唇134沿軸向彼此背離地相反指向。由此可以達到，第二密封唇134實現對可能侵入的介質的密封作用，並且第一密封唇132實現對可能處於待密封的腔室102中的潤滑劑的密封作用。介質108和潤滑劑的各自壓力的力作用在圖2中表示為箭頭，並且可導致第一密封唇132或第二密封唇134的壓緊力與壓力成比例地升高。從而必要時能夠避免潤滑劑向介質108的不期望的溢出和由此可能造成的環境負擔。

密封裝置100-2還包括帶有後切口部138的蓋板136。蓋板136能夠藉助諸如螺栓的緊固件140與殼體104可逆地連接。在連接之後，能夠通過後切口部138建立密封元件110與殼體104的傳力式(摩擦配合式)連接。在此，為了實現傳力式連接(壓合配)，後切口部138的外半徑可稍微大於本體結構130的內半徑。在此，術語「外」和「內」可基於軸向延伸的作為虛線繪出的中軸線。所述中軸線可平行於軸向，或與軸向重合。

在圖2中，殼體104另外具有徑向延伸的支承面142，該支承面帶有用於與所述另外的密封裝置116形成傳力式連接的後切口部144。由此能夠實現改善的對密封裝置116的保持，並且可避免由不期望的滑動造成的故障。在例如第一密封件122或密封元件110與殼體之間的傳力式連接在此可如所述那樣沿徑向起作用，亦或沿軸向在蓋板136和支承面142之間起作用。

圖3示出了密封裝置100-3的另一個實施例。不同於圖2，所述另外的密封裝置116在此具有另外的密封件146-1；146-2。這些密封件設計成與密封元件110結構相同，但是還可關於所使用的材料或軸向尺寸存在區別。在第一、第二和另外的密封件122；126；146-1；146-2之間分別置入另外的支承元件148-1；148-2；148-3。在此，另外的支承元件148-2；148-3與支承元件114結構相同。例如，所述另外的支承元件148-1與殼體104一體式地設計。在一些實施例中，支承元件114同樣可與殼體一體式地設計。此外，通過密封件122；126；146-1；146-2分別形成了位於這些密封件之間的額外的容積150-1；150-2；150-3。第一密封件122可獨立於其它密封件126；146-1；146-2地卡夾，從而能夠避免例如通過製造公差所造成的軸向失配的累加。第一密封件122可實現腔室102的縮小和進而處於其中的潤滑劑量的減少，並可使潤滑劑留在腔室102中。

第二密封件126的第二密封本體128在此具有比另外的密封件146-1；146-2或密封元件110的本體結構130更大的軸向尺寸。在維修或密封件更換時，例如可將密封元件110與第二密封件126交換。由此，密封裝置100-3可相對於構件106沿腔室102的方向移動(例如幾個mm)。由此可使在各密封件的密封唇和構件106的配合工作面之間的接觸面移動，或者換言之，配合工作面的還未被使用的區段可充當用於密封唇的新的滑動面。從而可使配合工作面的運行時間增加，例如加倍。

密封裝置100-3呈模塊化設計，並且密封件110；122；126；146-1；146-2分別被支承元件114；148-1；148-2；148-3支承，該支承元件可削弱或阻礙變形或摩擦。密封件110；122；126；146-1；146-2由蓋板136或結構相同的裝配在背離蓋板136側上的另一蓋板152通過軸向夾緊而緊固在它們的位置上。後切口部138是這樣傾斜的，使得密封元件110在此壓在殼體上。即使在使用節段化的蓋板136；152時，這也能夠導致改善的對密封裝置100-3的固持。額外地，密封件110；122；126；146-1；146-2分別通過密封材料的預緊(在密封唇和配合工作面之間的相互作用)而壓在構件106上。在此，僅可受限地產生摩擦或磨損。支承元件114；148-1；148-2；148-3可分別任選地具有後切口部或突起156-1；156-2；156-3，該突起可與密封裝置100-3的中軸線平行或傾斜地延伸。與後切口部138類似地，突起156-1；156-2；156-3可用於與鄰接的密封件通過沿徑向卡夾而形成摩擦配合式連接。這樣所卡夾的鄰接的密封件可不同於其密封唇與支承元件114；148-1；148-2；148-3鄰接的密封件。

在運行期間，密封裝置100-3可在水下更換，從而經由水而使密封元件110經受壓力。密封唇112在此壓在配合工作面上，由此可增大壓緊力或摩擦力。經此可在密封唇112處產生以粉屑形式的磨損。單位時間的磨損的程度可取決於壓力。額外地，密封元件110可與水中侵蝕性或磨蝕性顆粒(沙子、懸浮物等)發生接觸。這會損壞密封唇112，從而水可侵入到容積118中。經由孔120可將諸如溼度傳感器或壓力傳感器的傳感器連接在容積118上，該傳感器在此可顯示密封元件110的密封作用的失效。在此，孔120延伸穿過支承元件114和殼體104。

從該點起，密封元件110可以不再被施加以壓力，但是可另外用作過濾器，該過濾器可阻擋磨蝕性顆粒另外的侵入。接著，另外的密封件146-2可被置於壓力下，擋住水並且因而開始閉合。因為此外通過密封元件110將水中的顆粒阻擋在容積118外，所以另外的密封件146-2在某些情況下可保持地比密封元件110更久。在運行速度降低的情況下甚至還可提高所述另外的密封件146-2的壽命。但是如果產生磨損，或失去所設立的作用，則水可侵入到另外的容積150-1中。通過所述另外的孔154，所述侵入可藉助另外的溼度傳感器或壓力傳感器檢測。由此可確定另外的密封件146-2何時失效。相應地，可在另外的密封件146-1失效時，通過第二密封件126阻止水侵入到腔室102中。同樣，這裡也可藉助傳感器測量水的另外的侵入，從而操作者可更好地計劃密封件的更換。通過額外的支承元件或密封件，可以按需任意地擴展該密封裝置100-3。

任選地，可通過額外的孔154-1；154-2將洩漏儲槽連接在容積150-1；150-2；150-3和118上，並且可將侵入的水導回至周圍的水域(例如海、河)。密封件110；122；126；146-1和146-2以及支承元件114；148-1；148-2和148-3可從裝配所述蓋板136或152的一側置入到殼體104中，或推至構件106上。

正如所提到的那樣，一些實施例可結合水下應用來使用。從而，一些實施例可涉及渦輪機輪轂，該渦輪機輪轂包括用於能夠關於渦輪機輪轂偏轉地支承渦輪機葉片的軸以及所提到的密封裝置100-1；100-2；100-3。在此，所述軸可相對於構件106並且可就環境而言停止。在此，殼體104可連接在渦輪盤(Turbinenrad)上，並且相對於軸可旋轉。在此，密封裝置100-1；100-2；100-3的密封元件110在該軸處藉助密封唇112來密封。根據實施例的密封裝置100-1；100-2；100-3在此可經受沿徑向作用在渦輪機葉片的軸上的力，正如那些例如在水流發電站或潮汐發電站的情況下出現的力。對於水下渦輪機亦或在水下渦輪機那邊，密封裝置100-1；100-2；100-3例如也可包含用於將殼體104可旋轉地連接在構件106上的軸承，該軸承沒計用於承接徑向作用力。這可例如是圓柱滾子軸承、凹槽球軸承或圓錐滾子軸承(例如帶有兩排截頭圓錐狀的呈O形排列的滾動體，以形成增大的支承寬度)。

實施例可通過改善的緊湊性而節省結構空間。通過密封件的內置冗餘可改善密封效果。此外能夠實現簡便地更換已磨損或損壞的密封件。可通過使密封件彼此可交換來增加密封裝置的工作時間，由此可提高配合工作面的壽命，因為密封件的密封唇在交換之後貼靠在不同於交換之前的部位處。此外，通過所述模塊化的設計方案，可進一步按照操作者的要求來實現任意擴展。

在環境壓力高達8巴或甚至更高的應用中，能夠既為靜態組件又為旋轉組件改善在潮汐渦輪機的情況下對海水的密封效果的可靠性。所述密封效果甚至在渦輪機葉片承受高負載的情況下也可維持。必要時還可防止侵入的沉積物或卵石，或防止因潤滑劑而產生的汙物。這可額外地通過另外的蓋板或通過用於阻擋粗顆粒的過濾器得以輔助。

在某些情況下，實施例可通過減少成本花費來提供用於密封水下應用的解決方案。在此，任選地引入傳感器可提供早期識別洩漏的可能性並改善密封裝置的監控。通過使用洩漏儲槽還可必要時排除洩漏。此外，在實施例中可在減少花費的情況下就地交換密封件。還可改變密封件與配合工作面的接觸位置，並且在此可省去構件的額外耗費。

上述的實施例只是本發明原理的舉例說明。所理解的是，其它技術人員明確知曉這裡所描述的裝置和具體細節的修改和變型。因此意圖是使本發明僅限於後續的權利要求的保護範圍，而不限於藉助實施例的說明和闡釋而在此呈現的具體細節。

在前述說明書、隨後的權利要求以及附圖中所公開的特徵可以既以單獨的方式也以任意組合的方式用於實現其各種設計方案中的實施例並且能夠實施。

附圖標記單

100-1；100-2；100-3 密封裝置

102 腔室

104 殼體

106 構件

108 介質

110 密封元件

112 密封唇

114 支承元件

116 另外的密封裝置

118 容積

120 孔

122 第一密封件

124 第一密封本體

126 第二密封件

128 第二密封本體

130 本體結構

132 第一密封唇

134 第二密封唇

136 蓋板

138 後切口部

140 緊固件

142 支承面

144 後切口部

146-1；146-2 另外的密封件

148-1；148-2；148-3 另外的支承元件

150-1；150-2；150-3 額外的容積

152 另外的蓋板

154-1；154-2 額外的孔

156-1；156-2；156-3 突起